倾转旋翼飞行器飞行力学建模及验证分析

为了进一步提高倾转旋翼飞行器的建模精度,考虑旋翼挥舞运动、采用有限状态尾迹模型描述旋翼诱导速度,进而建立旋翼气动力数学模型;考虑旋翼/机翼/干扰,建立相应气动力数学模型;针对倾转旋翼飞行器操纵冗余问题,建立了适用于全模态的操纵策略数学模型。最后以通用倾转旋翼飞行器数学模型和飞行试验数据,对建立的数学模型进行验证。仿真结果表明建立的飞行动力学模型具有良好的精度,适用于飞行动力学其他问题的分析研究。     

一种基于环境预报数据的阵风建模方法

针对现有飞行器仿真试验自然环境模型,研究环境预报数据转换和处理方法;基于随机波浪理论,建立二元阵风紊流数学模型,并研究该模型的仿真建模方法;基于Davenport谱建立基于环境预报数据的阵风紊流模型,并引入到飞行器六自由度数学仿真试验中,得到阵风紊流对于飞行器飞行状态的影响情况。试验结果表明,阵风紊流对于飞行器攻角影响较大,对于飞行高度影响较小,利用阵风紊流模型开展飞行器航迹仿真试验切实可行。     

微型飞行器实时飞行仿真系统的设计与实现

微型飞行器的实时飞行仿真技术在飞行器集群控制、任务分配以及军事指挥等方面有着广阔的应用前景.在研究视景仿真技术的基础上,首先基于Multigen Creator和Vega软件,建立多架微型飞行器的飞行视景仿真环境.然后采用C++技术开发了该飞行仿真系统与路径规划系统的实时数据传输接口,并为每架飞行器设置了独立的运动模型,来接收路径数据和实时调整飞行器的路径及飞行姿态,从而实现了飞行器的实时协同飞行仿真.     

基于MEMS技术的扑翼式微飞行器的研究

在低雷诺数环境下对长度大约15cm，重量在20～60g的直翅类昆虫的飞行进行了空气动力学的建模研究，对扑翼式微飞行器的系统结构进行了详细的分析论述；通过仿真软件建立了所需要的扑翼飞行机器人的数学模型，并对其进行了仿真研究，从而为扑翼飞行器的研制提供理论依据。     

大型飞行器六自由度仿真建模研究

以某型号大型飞行器为背景,提出了建立大型飞行器六自由度仿真模型的一般原则和方法,综合考虑了飞行器质心运动、绕质心运动、控制系统动态特性、发动机摆动惯性、推进剂晃动、弹性振动及它们之间的铰链耦合等因素对飞行器运动的影响,重新推导了质心运动和绕质心运动数学模型,建立了全量、全干扰、三通道、大姿态条件下时变非线性六自由度仿真模型,经计算机仿真及飞行试验证明该模型是正确的,比传统的三自由度模型更加完善、精确和有效。     

目标监视绕飞导引方法研究

针对空间非合作目标近距离监视机动飞行,在给出视线坐标系中两航天器的相对运动数学模型的基础上,建立了跟踪飞行器的轴向轨控发动机模型,提出了直接以发动机产生向心力对目标进行绕飞的控制方法,并完全利用跟踪飞行器上光学相机所提供的观测信息,设计出一种在绕飞面控制视线转率为非零常值,同时在纵平面辅以比例导引的制导方法,使跟踪飞行器能在以目标为中心的近圆相对轨道上飞行.讨论了该方法下可实现绕飞的条件,给出了控制方法,通过数学仿真,验证了该方法的可行性.     

高超声速飞行器动态面控制系统设计与仿真

针对高超声速飞行器飞行高度和飞行马赫数变化范围大,其数学模型具有严重非线性、不稳定性、多变量耦合以及不确定的空气动力学参数等特点,提出了动态面控制方法为其设计飞行控制系统。该方法通过构造动态面变量并根据能达条件,来设计中间的虚拟控制信号和最终的控制信号。通过在控制律设计过程中增加一阶动态滤波器,避免了设计过程中对非线性虚拟控制信号的微分,大大减少了控制律的计算量。并以某常规高超声速飞行器纵向模型为对象进行仿真。仿真研究表明该控制方法较好的实现了高超声速飞行器对指令信号的跟踪。     

基于Flightgear模拟器的实时可视化飞行仿真系统

针对国外某型无人飞行器,建立了非线性六自由度飞行模型和自主导航控制系统,在此基础上,利用Flightgear飞行模拟器外部数据输入/输出接口,将飞行仿真数据通过网络实时传递,驱动Flightgear可视化引擎,实现飞行仿真中,飞行姿态、天气条件和地理环境的三维实时可视化显示。仿真试验表明,该可视化飞行仿真系统可扩展性强,开发周期短,系统建设简单,使用方便,为今后的深入研究打下了良好基础。     

基于DirectX的微型飞行器飞行仿真系统

介绍了一种运行在PC/Windows平台上的微型飞行器飞行实时仿真系统,该系统在VC 6.0编程环境下用DirectX开发。在飞行动力学和运动学仿真中,采用了六自由度全量非线性方程,以微型飞行器的风洞吹风实验数据为依据,考虑了螺旋桨的气动扭矩、陀螺力矩和尾流对微型飞行器的影响,精确地反映了微型飞行器的实际运动特性。应用此飞行仿真软件,除可以进行全面的飞行动力学分析外,还应用于微型飞行器的设计、试飞、侦察评估等方面。     

倾转旋翼飞行器无模型自适应姿态控制

采用余弦加权分配法克服了控制操纵冗余问题,采用内/外回路控制结构解决了通道间耦合问题,实现了不同飞行模式下飞行控制系统统一建模。针对无人倾转旋翼飞行器动力学模型难于准确建立问题,引入伪梯度向量和伪阶数,应用无模型自适应飞行控制策略,使飞行控制系统对存在动力学特性非线性、时变性和未建模部分的被控对象具有更强的自适应性和鲁棒性。仿真验证了无模型自适应控制器的自适应性和鲁棒性优于比例〖CD*2〗积分〖CD*2〗微分控制器,给出了倾转旋翼飞行器由直升机模式到过渡模式再到飞机模式的全过程仿真,验证了无模型自适应控制器能够应用于倾转旋翼飞行器飞行控制系统设计,为无人倾转旋翼飞行器飞行控制系统设计,提供了一套新的控制系统设计方法,便于工程实现。     

某运输机纵向周期模态频域仿真分析

在当代飞机设计及背景预研项目中,飞机纵向模态特性分析是必不可少的一个环节,模态特性也是影响飞机飞行操纵品质和飞行安全的因素之一,为了全面熟悉纵向周期模态特性,需要建立合理的纵向小扰动简化运动方程及相关动力学模型。给出了简化处理的线化小扰动方程,然后基于某运输机模型的气动数据以及飞行包线内的巡航状态,结合简化模型,在频域内对纵向周期模态特性进行了仿真分析。结果表明:简化模型可以准确地反映运输类飞机的纵向周期模态特性。同时,考虑了飞机发动机、操纵等结构系统对其模态特性的影响,因而提出了一些运输机设计和控制方法,为其它飞机型号设计提供工程理论指导。     

空中加受油仿真中尾流扰动的建模与仿真

对现代军机空中加受油仿真中的加油机尾流仿真进行了研究,论述了加油机尾流的组成流场、形成原因和对受油机的扰动作用。根据飞行试验数据资料和缜密的理论推导,将加油机尾流对受油机的扰动作用分为纵向和横向两个通道,并分别建立了空中加受油仿真的尾流扰动仿真模型,并给出了在实际工程应用中的调试方法。建立的加油机尾流扰动仿真模型在某型飞机飞行仿真系统应用中收到了很好的效果。     

风切变场中飞机起飞轨迹的纵向／横侧动态逆控制

采用较真实的三维微下击暴流工程化模型和非线性动态逆方法,对飞机在起飞过程中的纵向/横侧改出低空风切变的控制律进行了设计和仿真.计算了不同的机载前视探测距离对改出机动效果的影响.根据仿真得出的各飞行参数对纵向、横侧控制仿真结果进行对比分析,结果表明,横侧机动能明显维持飞机在改出风切变机动中的飞行性能和生存能力.较长的前视探测距离更有利于飞机改出.     

航空公司机队的鲁棒性规划启发式算法

为了解决传统机队规划方法无法反映机队运营鲁棒性的缺陷, 针对单基地线性航线结构运营模式特点, 以基地机场配置机型数最小为目标函数, 考虑"航班节"机型分配成本限制, "航班节"机型分配唯一性限制, 所选机型最少飞机数限制等条件构建机队的鲁棒性规划模型, 并结合唯一竞争机型限制为模型设计启发式算法. "39个航班节, 6种候选机型"的案例分析表明: 传统机队规划法所得出的机队构成中有3种机型, 而由机队的鲁棒性规划法所得出的机队构成中机型数仅为2种, 且机队构成能够很好的适应市场需求的波动, 因此算法可行.     

Effective path planning method for low detectable aircraft

To utilizing the characteristic of radar cross section (RCS) of the low detectable aircraft, a special path planning algorithm to eluding radars by the variable RCS is presented. The algorithm first gives the RCS changing model of low detectable aircraft, then establishes a threat model of a ground-based air defense system according to the relations between RCS and the radar range coverage. By the new cost functions of the flight path, which consider both factors of the survival probability and the distance of total route, this path planning method is simulated based on the Dijkstra algorithm, and the planned route meets the flight capacity constraints. Simulation results show that using the effective path planning algorithm, the low detectable aircraft can give full play to its own advantage of stealth to achieve the purpose of silent penetration.     

伸缩翼飞机变形飞行的建模与滑模变增益控制

研究了伸缩翼飞机变形飞行过程的动力学建模与鲁棒控制问题,以分析机翼变形对飞机性能的影响机理,并实现机翼变形时的平稳飞行。首先通过气动仿真分析构建了伸缩翼飞机气动参数与机翼变形的关联函数,进而建立了变形飞行的动力学模型。在此基础上提出了一种新的滑模变增益控制(sliding mode gain scheduled control,SMGSC)策略,更好地保证闭环系统的全局稳定和鲁棒性能。仿真结果表明,机翼伸缩能直接改变飞机的气动特性和运动模态;SMGSC能更好地保持伸缩翼飞机变形飞行时的状态稳定,并消除复合干扰的影响;伸缩翼飞机通过机翼变形可以减少50%的燃油消耗实现同样的飞行任务,具有重要的性能优势。     

基于航班机型分配的机队规划启发式算法

为了解决传统机队规划方法无法准确反映航空公司运营环境的问题,从航班机型分配的角度为航空公司设计机队规划算法,其基本思想是:给定候选机型以及航空公司生产运营环境(航线网络、航班计划、航班订座需求和平均票价水平),利用航班机型分配寻找最优的机队配置方案.将航班机型分配描述为时序网络图中的网络流问题,以“航班节-航班机型分配”成本最小为目标函数,机队中有且仅有一种竞争机型,被选用机型最低飞机数为约束条件设计模拟退火算法.仿真结果表明:对规模为13个航班节,7种候选机型的问题,算法平均运算时间为5.42秒,结果稳定且高效可行.     

基于RMMAC的集成主动容错飞行控制

针对主动容错飞行控制系统设计问题,提出一种基于改进鲁棒多模型自适应控制(robust multiplemodel adaptive control,RMMAC)的故障检测与控制重构集成设计方法。建立了飞行器传感器和执行器故障的数学模型,介绍了改进鲁棒多模型自适应控制算法的结构和实现步骤。某无尾飞机重构飞行控制的仿真结果表明,在执行器故障情况下,基于改进RMMAC的集成主动容错飞行控制系统能够快速准确地辨识故障,并依据故障信息更新局部控制器权值,实现控制重构,提高了飞机可靠性、安全性和生存能力。